Как определить массу вещества в химии. Решение расчетных задач по химии «на выход продукта от теоретически возможного» Массовая доля выхода продукта реакции (ω «омега»)

Вычисление массовой или объемной доли выхода продукта
(в процентах) от теоретически возможного
Массовая (мольная, объемная) доля выхода продукта () – это
отношение массы, количества вещества или объема практически
полученного вещества к теоретически возможным:
практ.)
m
m
(теор.)

%100


практ.)

%100

(теор.)
V

V
практ.)

100
(теор.)
%,
 =
m (ν, V) (практ.) показывает массу (количество вещества, объем), реально
где
полученные;
m (ν, V) (теор.) показывает массу (количество вещества, объем), которые
могли бы получить, если бы не было потерь.
Задачи на выход продукта реакции от теоретически возможного можно
разделить на три вида.
1. Известны масса (объем) исходного вещества и масса (объем)
продукта реакции. Определить массовую (объемную) долю выхода
продукта реакции.
П р и м е р. В лаборатории восстановлением нитробензола массой 61,5 г
получили анилин массой 44 г. Определите массовую долю (в %) выхода
анилина.
х моль
Решение.
0,5 моль
C6H5NO2 + 6[H] = C6H5NH2 + 2H2O
1 моль
1. Рассчитываем ν (C6H5NO2):
1 моль
= 0,5 (моль)
5,61
ν (C6H5NO2) = 123
2. По уравнению реакции определяем теоретическое ν (C6H5NН2):
ν (C6H5NO2) = ν (C6H5NН2) = 0,5 моль
3. Определяем теоретическую массу анилина:
m (C6H5NН2)теор. = ν (C6H5NН2) ∙ М (C6H5NН2) =
= 0,5 ∙ 93 = 46,5 (г).
4. Определяем массовую долю выхода анилина:
практ.)
m
m
(теор.)

44
5,46
 =
= 0,946, или 94,6 %.

2. Известны масса (объем) исходного вещества и доля (в %) выхода
продукта реакции. Определить практическую массу (объем) продукта
реакции.
П р и м е р. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при
действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если массовая доля выхода
составляет 80 % (или 0,8).
Решение.
0,3 моль
CaO + 3C
1 моль
х моль

t

CaC2 + CO
1 моль
)CaO(m
)CaO(M
8,16
56

= 0,3 (моль).
1. ν (CaO) =
2. По уравнению реакции определяем теоретическое ν (CaС2):
ν (CaO) практ. = ν (CaС2) теор.  ν (CaС2) теор. = 0,3 (моль).
3. Вычисляем практически полученное ν (CaС2):
ν (CaС2) практ. = ν (CaС2) теор. ∙  = 0,3 ∙ 0,8 = 0,24 (моль).
4. Вычисляем практически полученную массу карбида кальция:
m (CaС2) практ. = ν (CaС2) практ. ∙ M = 0,24 ∙ 64 = 15,36 (г).
3. Известны масса (объем) практически полученного вещества и доля
выхода этого продукта реакции. Вычислить массу (объем) исходного
вещества.
П р и м е р. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для
получения оксида углерода (IV) объемом 28,56 л (н. у.) при массовой доле
выхода 85 %.
Решение.
х моль
Na2CO3 + 2HC = 2NaC + H
1 моль
1. Вычисляем теоретически полученный объем и количество вещества
2O + CO2
1,5 моль
1 моль
ℓ
ℓ
оксида углерода (IV):
V (CO2)теор. =
)CO(V
2

практ.

56,28
85,0
= 33,6 (л).
)CO(V
2 
6,33
4,22
V
M
= 1,5 (моль).
ν (CO2) =
2. По уравнению реакции определяем ν (Na2CO3):
ν (Na2CO3) = ν (CO2)  ν (Na2CO3) = 1,5 (моль).
3. Определяем массу Na2CO3:
m (Na2CO3) = ν (Na2CO3) ∙ M (Na2CO3) = 1,5 ∙ 106 = 159 (г).

Реши самостоятельно:
1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты
получили соль массой 5,5 г. Определите массовую долю (%) выхода продукта
реакции. (91,67 %.)
2. При взаимодействии натрия количеством вещества 0,5 моль с водой
получили водород объемом 4,2 л. Вычислите объемную долю (%) выхода газа.
(75%.)
3. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3
металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно
получить восстановлением его оксида массой 228 кг, если массовая доля
выхода хрома составляет 95 %. (148,2 кг.)
4. При сплавлении гидроксида натрия массой 60 г и оксида кремния (IV)
образовалось 13 г водяных паров. Определите массовую долю (%) выхода
воды. (96,3 %.)
5. Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной
серной кислотой для получения оксида серы (IV) объемом 3,0 л (н. у.), если
объемная доля выхода оксида серы (IV) составляет 90 %. (9,51 г.)
6. Вычислите объем аммиака, который можно получить, нагревая хлорид
аммония массой 20 г с избытком гидроксида кальция, если объемная доля
выхода аммиака составляет 98 %. (8,2 л.)
7. При пропускании аммиака объемом 672 л (н. у.) через раствор массой
900 г с массовой долей азотной кислоты 40 % получен нитрат аммония массой
440,68 г. Определите массовую долю (%) выхода соли. (96 %.)
8. Из фосфора массой 15,5 кг получили фосфорную кислоту массой
41,6 кг. Вычислите массовую долю (%) выхода продукта. (85 %.)
9. Какое количество серной кислоты можно получить из элементарной
серы массой 192 г, если массовая доля выхода последней стадии 95 %.
(5,7 моль.)
10. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (н. у.) через избыток
раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определите
выход продукта реакции. (95 %.)
11. Через раствор массой 50 г с массовой долей иодида натрия 15 %
пропустили избыток хлора. Выделился йод массой 5,6 г. Определите выход
продукта реакции. (88,2 %.)
12. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,5 г, прилили
раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу
полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %. (3,41 г.)
13. Вычислите, какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия
26 % ( = 1,24 г/мл) необходим для реакции с алюминием, чтобы получить

водород объемом 10,64 л, если объемная доля выхода водорода составляет
95 %. (41,35 мл.)
14. Определите количество вещества и объем (н. у.) хлора, который
потребуется для получения хлорида железа (III) массой 150 г при массовой
доле выхода соли 92,3 %. (1,5 моль; 33,6 л.)
15. При пропускании смеси, состоящей из оксида серы (IV) объемом 5 л и
кислорода объемом 15 л, через контактный аппарат, объем изменился на 2 л.
Определите объемную долю (%) выхода продукта реакции. (80 %.)
16. При термическом разложении метана количеством 14 моль получен
ацетилен, объем которого при н. у. составил 120,96 л. Вычислите массовую
долю (%) выхода продукта. (77 %.)
17. Вычислите массу ацетата натрия, затраченную на получение метана
массой 80 г при массовой доле выхода продукта 70 %. (586 г.)
18. Определите массу уксусной кислоты, которая расходуется для синтеза
уксусноэтилового эфира, если полученная масса 70,4 г составляет 80 % от
теоретического. (60 г.)
19. Рассчитайте массу тетрахлорида углерода, который можно получить
при хлорировании метана объемом 11,2 л молекулярным хлором, объем
которого равен 56 л (н. у.). Выход продукта составляет 70 % от теоретически
возможного. (53,9 г.)
20. При каталитическом гидрировании формальдегида получили спирт,
при взаимодействии которого с металлическим натрием образовался водород
объемом 8,96 л (н. у.) Выход продукта на каждой из стадий синтеза составил
80 %. Определите исходную массу формальдегида. (37,5 г.)
21. При конверсии равных объемов оксида углерода (IV) и метана объем
смеси увеличился в 1,8 раза. Определите степень конверсии. (90 %.)

В химии никак не обойтись без массы веществ. Ведь это один из важнейших параметров химического элемента. О том, как найти массу вещества различными способами, мы расскажем Вам в этой статье.

В первую очередь, необходимо найти нужный элемент, воспользовавшись таблицей Менделеева, которую можно скачать в Интернете или купить. Дробные числа под знаком элемента - это его атомная масса. Ее нужно умножить на индекс. Индекс же показывает, какое количество молекул элемента содержится в данном веществе.

Когда Вы имеете сложное вещество, то нужно умножить атомную массу каждого элемента вещества на его индекс. Теперь необходимо сложить полученные Вами атомные массы. Измеряется такая масса в единицах грамм/моль (г/моль). Как найти молярную массу вещества, мы покажем на примере вычисления молекулярной массы серной кислоты и воды:
H2SO4 = (H)*2 + (S) + (O)*4 = 1*2 + 32 + 16*4 = 98г/моль;

Н2О = (H)*2 + (O) = 1*2 + 16 = 18г/моль.

Молярная масса простых веществ, которые состоят из одного элемента, рассчитывается таим же способом.
Можно вычислить молекулярную массу по существующей таблице молекулярных масс, которую можно скачать в сети Интернет или приобрести в книжном магазине
Можно рассчитать молярную массу при помощи формул и приравнять ее к молекулярной массе. Единицы измерения при этом необходимо сменить с «г/моль» на «а.е.м.».
Когда, например, Вам известны объем, давление, масса и температура по шкале Кельвина (если Цельсия, то необходимо перевести), то узнать, как найти молекулярную массу вещества можно, воспользовавшись уравнением Менделеева-Клайперона:

M = (m*R*T)/(P*V),

где R - это универсальная газовая постоянная; M - это молекулярная (молярная масса), а.е.м.
Высчитать молярную массу можно при помощи формулы:
где n - это количество вещества; m - это масса данного вещества. Тут нужно выразить количество вещества при помощи объема (n = V/VM) или числа Авогадро (n = N/NA).
Если дано значение объема газа, то найти его молекулярную массу можно, взяв герметичный баллон с известным объемом и откачав из него воздух. Теперь нужно взвесить баллон на весах. Далее, закачать в него газ и снова взвесить. Разность масс пустого баллона и баллона с газом - это масса нужного нам газа.
Когда Вам нужно провести процесс криоскопии, то необходимо высчитать молекулярную массу по формуле:
M = P1*Ek*(1000/Р2*Δtk),

где P1 - это масса растворенного вещества, г; P2 - это масса растворителя, г; Ek - это криоскопическая постоянная растворителя, узнать которую можно из соответствующей таблицы. Эта постоянная разная для разных жидкостей; Δtk - это разность температур, которую измеряют при помощи термометра.

Теперь Вы знаете, как найти массу вещества, будь оно простым или сложным, в любом агрегатном состоянии.

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой

(эта), измеряется в процентах или долях.

Также для расчётов может использоваться количественный выход:

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

	Дано: m (Mg ) = 1,2 г m практическая (MgSO 4) = 5,5 г _____________________ Найти:

	M (Mg ) = 24 г/моль M (MgSO 4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль
	ν(Mg ) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор) продукта реакции	m = ν · M m теор (MgSO 4) = M (MgSO 4) · ν теор (MgSO 4) = 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г
	(MgSO 4)=(5,5г ·100%)/6г=91,7% Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи	Дано: m (CaO ) = 16,8 г 80% или 0,8 ____________________ Найти: m практ (CaC 2 ) = ?
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ	M (CaO ) = 40 + 16 = 56 г/моль M (CaC 2 ) = 40 + 2 · 12 = 64 г/моль
4. Находим количество вещества реагента по формулам	ν(CaO )=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор ) продукта реакции
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле	m практич (CaC 2 ) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г Ответ: m практич (CaC 2 ) = 15,36 г

Третий типзадач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода ( IV ) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано: н. у.

V m = 22,4 л/моль

V практич (CO 2) = 28,56 л

85% или 0,85

_____________________

Найти:

m(Na 2 CO 3) =?

2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо

M (Na 2 CO 3) = 2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль

3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы: 5. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m = ν · M

V = ν · V m

m = ν · M

m (Na 2 CO 3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

№1.

При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr 2 O 3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3.

Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4.

К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

Для этого нужно сложить массы всех атомов в этой молекуле.

Пример 1. В молекуле воды Н 2 О 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Атомная масса водорода = 1, а кислорода = 16. Поэтому молекулярная масса воды равна 1 + 1 + 16 = 18 атомных единиц массы, а молярная масса воды =18 г/моль.

Пример 2. В молекуле серной кислоты Н 2 SO 4 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Поэтому молекулярная масса этого вещества составит 1 2 + 32 + 4 16 = 98 а.е.м, а молярная масса - 98 г/моль.

Пример 3. В молекуле сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 2 атома алюминия, 3 атома серы и 12 атомов кислорода. Молекулярная масса этого вещества равна 27 · 2 + 32 · 3 + 16 · 12 = 342 а.е.м., а молярная масса - 342г/моль.

Моль, молярная масса

Молярная масса - это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е. М(х) = m(x)/n(x), (1)

где М(х) - молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, n(x) - количество вещества Х.

Единица СИ молярной массы - кг/моль,однако обычно используется единица г/моль. Единица массы - г, кг.

Единица СИ количества вещества - моль.

Моль - это такое количество вещества, в котором содержится 6,02·10 23 молекул этого вещества.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основные формулы:

n(x) =m(x)/ М(х)

или общую формулу: n(x) =m(x)/М(х) = V(x)/Vm = N/N A , (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), V m - молярный объем газа при н.у. (22,4 л/моль), N - число частиц, N A - постоянная Авогадро (6,02·10 23).

Пример 1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Пример 2. Определите количество вещества атомного бора,содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.

m(Na 2 B 4 O 7) = 40,4 г.

Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль.

Определяем количество вещества Na 2 B 4 O 7:

n(Na 2 B 4 O 7) = m(Na 2 B 4 O 7)/М(Na 2 B 4 O 7) = 40,4/202 = 0,2 моль.

Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия).

Тогда количество вещества атомного бора равно:

n(B)= 4 · n(Na 2 B 4 O 7) = 4 · 0,2 = 0,8 моль.

Окружающее нас пространство наполнено разными физическими телами, которые состоят из разных веществ с различной массой. Школьные курсы химии и физики, ознакомляющие с понятием и методом нахождения массы вещества, прослушали и благополучно забыли все, кто учился в школе. Но между тем теоретические знания, приобретенные когда-то, могут понадобиться в самый неожиданный момент.

Вычисление массы вещества с помощью удельной плотности вещества. Пример – имеется бочка на 200 литров. Нужно заполнить бочку любой жидкостью, скажем, светлым пивом. Как найти массу наполненной бочки? Используя формулу плотности вещества p=m/V, где p – удельная плотность вещества, m – масса, V – занимаемый объем, найти массу полной бочки очень просто:

Меры объемов – кубические сантиметры, метры. То есть бочка на 200 литров имеет объем 2 м³.
Мера удельной плотности находится с помощью таблиц и является постоянной величиной для каждого вещества. Измеряется плотность в кг/м³, г/см³, т/м³. Плотность пива светлого и других алкогольных напитков можно посмотреть на сайте . Она составляет 1025,0 кг/м³.
Из формулы плотности p=m/V => m=p*V: m = 1025,0 кг/м³* 2 м³=2050 кг.

Бочка объемом 200 литров, полностью наполненная светлым пивом, будет иметь массу 2050 кг.

Нахождение массы вещества с помощью молярной массы. M (x)=m (x)/v (x) – это отношение массы вещества к его количеству, где M (x) – это молярная масса X, m (x) – масса X, v (x) – количество вещества X. Если в условии задачи прописывается только 1 известный параметр – молярная масса заданного вещества, то нахождение массы этого вещества не составит труда. Например, необходимо найти массу йодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Молярная масса исчисляется в единой системе измерений СИ и измеряется в кг/моль, г/моль. Молярная масса йодида натрия – это сумма молярных масс каждого элемента: M (NaI)=M (Na)+M (I). Значение молярной массы каждого элемента можно вычислить по таблице, а можно с помощью онлайн-калькулятора на сайте : M (NaI)=M (Na)+M (I)=23+127=150 (г/моль).
Из общей формулы M (NaI)=m (NaI)/v (NaI) => m (NaI)=v (NaI)*M (NaI)= 0,6 моль*150 г/моль=90 грамм.

Масса йодида натрия (NaI) с массовой долей вещества 0,6 моль составляет 90 грамм.

Нахождение массы вещества по его массовой доле в растворе. Формула массовой доли вещества ω=*100%, где ω – массовая доля вещества, а m (вещества) и m (раствора) – массы, измеряемые в граммах, килограммах. Общая доля раствора всегда принимается за 100%, иначе будут погрешности в вычислении. Несложно из формулы массовой доли вещества вывести формулу массы вещества: m (вещества)=[ω*m (раствора)] /100%. Однако есть некоторые особенности изменения состава раствора, которые нужно учитывать при решении задач на эту тему:

Разбавление раствора водой. Масса вещества растворенного X не изменяется m (X)=m’(X). Масса раствора увеличивается на массу добавленной воды m’ (р)=m (р)+m (H 2 O).
Выпаривание воды из раствора. Масса растворенного вещества X не изменяется m (X)=m’ (X). Масса раствора уменьшается на массу выпаренной воды m’ (р)=m (р)-m (H 2 O).
Сливание двух растворов. Массы растворов, а также массы растворенного вещества X при смешивании складываются: m’’ (X)=m (X)+m’ (X). m’’ (р)=m (р)+m’ (р).
Выпадение кристаллов. Массы растворенного вещества X и раствора уменьшаются на массу выпавших кристаллов: m’ (X)=m (X)-m (осадка), m’ (р)=m (р)-m (осадка).

Алгоритм нахождения массы продукта реакции (вещества), если известен выход продукта реакции. Выход продукта находится по формуле η=*100%, где m (x практическая) – масса продукта х, которая получена в результате практического процесса реакции, m (x теоретическая) – рассчитанная масса вещества х. Отсюда m (x практическая)=[η*m (x теоретическая)]/100% и m (x теоретическая)=/η. Теоретическая масса получаемого продукта всегда больше практической, в связи с погрешностью реакции, и составляет 100%. Если в задаче не дается масса продукта, полученного в практической реакции, значит, она принимается за абсолютную и равна 100%.

Варианты нахождение массы вещества – небесполезный курс школьного обучения, а вполне применяемые на практике способы. Каждый сможет без труда найти массу необходимого вещества, применяя вышеперечисленные формулы и пользуясь предлагаемыми таблицами. Для облегчения задания прописывайте все реакции, их коэффициенты.